دی ان ای و هر آنچه که باید در مورد آن بدانید (بخش دوم)

روز گذشته مقاله ای چند قسمتی را در مورد DNA و همه ی پرسش ها و ابهام های احتمالی در مورد آن آغاز کردیم. اکنون شما را به مطالعه ی بخش دوم از این گزارش دعوت می کنیم. بازومیتهمراه باشید.

موجودات پیچیده، مانند گیاهان و حیوانات، دارای ۵۰ تا ۱۰۰ هزار ژن روی بسیاری از کروموزوم های گوناگون هستند. به عنوان مثال باید بدانیم که انسان ها دارای ۴۶ کروموزوم هستند. در سلول های این موجودات، مولکول DNA به دور پروتئین مهره مانندی به نامهیستون (histone)پیچیده شده است. هیستون ها هم برای تشکل کروموزوم به هم پیچیده شده اند؛ کروموزوم هایی که در هسته ی سلول قرار گرفته اند. هنگامی که یک سلول بازتولید می شود، کروموزوم ها (یا همان DNA سلول) کپی شده و به هر یک از سلول های متولد شده منتقل می شوند.

سلول های غیر جنسی دو نسخه از هر کروموزوم را در اختیار دارند که هر یک از آن ها نیز کپی می شود و هر سلول دختر، دو نسخه (میتوز) از آن را دریافت می کند. در طی فرایند میوز، سلول های پیش ساز دو نسخه از هر کروموزوم را در خود دارند که این کروموزم ها همگی کپی شده و به طور یکسان در میان چهار سلول جنسی توزیع می شوند. سلول های جنسی (اسپرم و تخمک) تنها یک کپی از هر کروموزوم را در خود دارند. هنگامی که اسپرم و تخمک در طی لقاح به هم می پیوندند، سلول تولید شده از این فرایند، دو نسخه از هر کروموزوم را در اختیار خواهد داشت. در بخش بعدی ما به چگونگی کارکرد روند تکثیر DNAنگاهی خواهیم داشت.

همتاسازی DNA

DNA حامل اطلاعاتی برای ساخت پروتئین های موجود در سلول است. این پروتئین ها تمام کارکردهای یک ارگانیزم زنده را پیاده سازی کرده و از سویی نیز ویژگی های ارگانیزم را معین می کنند. هنگامی که سلول ها بازتولید می شوند، لازم خواهد بود که DNA بتواند تمامی این اطلاعات را به سلول های جدید منتقل کند.

قبل از اینکه یک سلول بتواند بازتولید (تکثیر) شود، باید در وهله ی نخست بتواندهمتاسازی (replicate)شود؛ یا به بیانی دیگر باید بتواند یک کپی از مولکول DNA موجود در خود را توسعه دهد. محلی که در آن تکثیر DNA رخ می دهد به این موضوع بستگی دارد که آیا سلول های مورد بحث ما از نوع پروکاریوت (پیش هسته) هستند یا از نوع یوکاریوتی. همانندسازی یا همتاسازی DNA در سیتوپلاسم پروکاریوت ها و در هسته ی یوکاریوت ها رخ می دهد. صرف نظر از جایی که همانندسازی DNAدر آن رخ می دهد، می توانیم بگوییم که روند اساسی در هر دوی آن ها یکسان است.

ساختار DNAبه گونه ای است که این مولکول خود را به راحتی برای تکثیرDNA به تعبیری امانت می دهد. هر سمت از مارپیچ دوگانه یا دابل هلیکس در جهت های مخالف قرار می گیرند. زیبایی ساختار فوق در این است که می تواند در میانه ی ساختارش، همانند اتصال های دوگانه ی یک زیپ، از همدیگر جدا شود و هر یک از این بخش ها به طور جدا به عنوان یک الگو یا قالب برای طرف دیگر عمل کنند. با این حال باید توجه داشته باشیم که مولکول DNA به طور کامل از حالت زیپ مانند خود خارج نمی شود. در واقع چنین روندی تنها در یک منطقه ی کوچک از این مولکول به نام چنگال همتاسازی یا (replication fork) صورت می گیرد که پس از آن تا تمام طول مولکول ادامه می یابد. در تصویر زیر شما می توانید این چنگال را مشاهده کنید.

شاید در اینجا اندکی ابهام برایمان پیش آمده باشد. بهتر است نگاهی دقیق تر به جزییات ساختاری داشته باشیم:

۱. آنزیمی به نامجیرازgyraseیک بریدگی کوچک را در مارپیچ دوگانه ایجاد می کند و دو بخش مولکول را از هم جدا می کند.

۲. آنزیمی به نامهلیکازباعث بازشدن پیچ های DNA دو رشته ای از هم می شود.

۳. چند پروتئین کوچک که به نام پروتئین های اتصال تک رشته ای یا SSB شناخته می شوند، به طور موقت به هر سمت از مولکول اتصال می یابند و آن ها را جدا از همدیگر نگه می دارند.

۴. یک کمپلکس (ترکیب) آنزیمی به نامپلیمرازنیز روی هر یک از رشته های DNA پیاده می شود و نوکلئوتیدهای جدید را به هر رشته می افزاید. نوکلئوتیدها با نوکلئوتیدهای مکمل در ایستگاه های موجود و به همان صورت مجاز قبلی (A با T و G با C) ترکیب می شوند.

۵. یک زیرواحد از آنزیم های افزایش دهنده برای فرایند پلیمر شدن که با نام پلیمراز یا بسپارگرها به آن اشاره کردیم نیز در ادامه، مولکول DNA تازه به وجود آمده را مورد <<نمونه خوانی>> قرار می دهند.

۶. آنزیمی به ناملیگازنیز تکه های به وجود آمده را به صورت یک رشته ی طولانی و ادامه دار می چسبانند.

۷. در نهایت هم نسخه های جدیدی که ایجاد شده اند، به طور خودکار دوباره در هم پیچ می خورند.

طرحواره های زیر تمامی آنچه را که در اینجا توضیح دادیم، می توانند به نحو بهتری نشان دهند:

انواع مختلف سلول ها، DNA خود را در سرعت های مختلفی همتاسازی می کنند. برخی از سلول ها به طور مداوم تقسیم می شوند، از این دسته می توان به سلول های مو و ناخن و سلول های مغز استخوان اشاره کرد. سلول های دیگر چندین مرحله از تقسیم سلولی را سپری می کنند و در ادامه متوقف می شوند. از جمله ی این سلول ها هم می توانیم به سلول های تخصصی مانند آن هایی که در مغز، عضلات و قلب قرار دارند، اشاره کرد. در نهایت، برخی از سلول هم تقسیم خود را متوقف می کنند؛ اما می توانند به منظور ترمیم صدمات (مانند سلول های پوست و سلول های کبدی) تقسیم شوند. در سلول هایی که به طور مداوم تقسیم نمی شوند، علائم لازم برای همتاسازی DNAبه شکل مواد شیمیایی در می آید. این مواد شیمیایی می توانند از سایر قسمت های بدن (هورمونها) یا اینکه از طریق محیط جذب شوند.

تفاوت DNA در حیوانات و گیاهان چیست؟

DNAتمامی موجودات زنده دارای ساختار و کد مشابه است، اگر چه برخی از ویروس ها از مولکولRNA به عنوان حامل اطلاعات به جای DNA استفاده می کنند. بسیاری از حیوانات دو نسخه از هر کروموزوم را در خود دارند. در مقابل، گیاهان ممکن است بیش از دو نسخه از چندین کروموزوم خود را داشته باشند که این پدیده معمولا از اشتباه در توزیع کروموزوم در طول فرایند تکثیر سلولی به وجود می آیند. در حیوانات، این نوع از خطاها از توزیع کروموزوم معمولا باعث بیماری های ژنتیکی و معمولا کشنده می شود. به خاطر برخی دلایل ناشناخته، این نوع خطاها تا آن اندازه در گیاهان، مخرب واقع نمی شوند.

وظیفه ی مولکول DNA چیست؟

مولکول DNA حامل تمام اطلاعات لازم برای شکل گرفتن ویژگی های فیزیکی فرد است و اساسا این ویژگی ها با پروتئین مشخص و تعیین می شوند. بنابراین، DNA شامل دستورالعمل های لازم برای ساخت یک پروتئین است. در DNA، هر یک از پروتئین ها که توسط یکژن(یک توالی خاص از نوکلئوتید DNA که بر اساس آن مشخص می شود که یک پروتئین منفرد به چه شکلی ساخته می شود) کدگذاری شده اند. به طور خاص، ترتیب چینش نوکلئوتید در یک ژن و همچنین ترتیب و نوع اسیدهای آمینه است که باید در کنار هم قرار داده شوند تا در نهایت یک مولکول پروتئین ساخته شود.

پروتئین ها از زنجیره ای طولانی از مواد شیمیایی به نام اسیدهای آمینه ساخته شده اند. پروتئین ها، کارکردها و اشکال و نقش های بسیار زیادی را در بدن دارند که در ادامه به برخی از آن ها اشاره می کنیم:

آنزیم ها: انجام واکنش های شیمیایی را صورت می دهند (مانند آنزیم های گوارشی).

پروتئین های ساختاری: ساخت و ساز برخی از ماده ها را در بدن انجام می دهند (مانند کلاژن و کراتین ناخن).

پروتئین های انتقال:جایجایی مواد در بدن را انجام می دهند (مانند هموگلوبین برای حمل اکسیژن در خون).

پروتئین هایانقباض:برای انقباض عضلات کاربرد دارند (مانند اکتین و میوزین).

پروتئین های ذخیره ساز:دربردارنده ی موادی مانند آلبومین در سفیده ی تخمک مرغ و فریتین ذخیره سازی آهن در طحال.

هورمون ها:پیام رسان های شیمیایی بین سلول ها (از جمله انسولین، استروژن، تستوسترون، کورتیزول و غیره).

پروتئین های حفاظتی:آنتی بادی های سیستم ایمنی بدن، پروتئین لخته کننده ی خون

سموم: مواد سمی (مانند زهر زنبور عسل و سم مار)

دنباله ی منحصربه فردی از اسیدهای آمینه در یک زنجیره، چیزی است که باعث تمایز و تفاوت یک پروتئین از دیگری می شود. این توالی در DNAبه صورت رمزی در آورده می شود و در آن هر ژن با یک پروتئین رمزگذاری می شود.

اما پرسشی که شاید پیش بیاید این است که مولکول DNAبه چه شکلی اطلاعات را برای یک پروتئین رمزگذاری می کند؟ باید اشاره کنیم که تنها چهار پایه برای ملکولDNA وجود دارد؛ اما ۲۰ اسید آمینه ی مختلف وجود دارند که می تواند برای پروتئین استفاده شوند. بنابراین، گروه های سه نوکلئوتیدی یک کلمه (کدون) را شکل می دهند که مشخص می کند کدام یک از ۲۰ اسید آمینه ای که یاد شد، در درون یک مولکول پروتئین قرار خواهد داشت. گفتنی است که پروتئین ها کدون هایی متشکل از ۳ پایه هستند و شمار الگوهای ممکن برای آن ها نیز ۶۴ حالت است. این تعداد الگو، بیشتر از حد مورد نیاز برای مشخص ساختن ۲۰ اسید آمینه است.

از آنجا که ۶۴ حالت برای کدون ها امکان پذیر است و تنها ۲۰ اسید آمینه وجود دارند، بنابراین ما شاهد برخی تکرارها در کد ژنتیکی خواهیم بود. همچنین باید اشاره کنیم که ترتیب کدون ها در ژن مشخص کننده ی ترتیب اسیدهای آمینه در پروتئین خواهد بود. ممکن است برای مشخص کردن یک پروتئین به ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ کدون (برابر ۳۰۰ تا ۲۰۰۰ نوکلئوتید) نیاز باشد. در ادامه درباره ی ژن ها و نقش کدون ها در آن ها و همچنین نحوه ی تشکیل پروتئین، توضیح بیشتری خواهیم داد.